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纳米硬度技术的发展和应用 被引量:121
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作者 张泰华 杨业敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期349-364,共16页
摘 要 近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,... 摘 要 近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,高分辨率的载荷位移测量原理,几种常用压头的几何形状,试样表面的准备和确定,相关的测试方法,仪器校准和显微观察等问题.通过压痕实验可获得硬度、弹性模量、断裂韧性、存储模量和损耗模量、蠕变应力指数等.最后,简要介绍纳米划痕硬度测量技术的发展和应用. 展开更多
关键词 纳米硬度技术 纳米压痕 纳米划痕 微力学性能 模量 断裂韧性 蠕变应力指数
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薄膜的力学测试技术 被引量:41
2
作者 陈隆庆 赵明暤 张统一 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2001年第4期413-429,共17页
对薄膜力学性能的测试方法。
关键词 薄膜 力学性能 残余应力 弹性模量 强度 硬度 纳米压痕 压痕断裂法 微悬臂梁 鼓膜试验 MEMS
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纳米压痕技术在材料科学中的应用 被引量:39
3
作者 谢存毅 《物理》 CAS 北大核心 2001年第7期432-435,共4页
纳米压痕技术已被广泛地应用在材料科学的各个领域 .文章针对这一新技术的基本测量原理及其应用进行了介绍 .
关键词 纳米压痕 硬度 弹性模量 连续韧度测量 材料科学 测量原理 CSM
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纳米力学进展 被引量:33
4
作者 杨 卫 马新玲 +1 位作者 王宏涛 洪 伟 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期161-174,共14页
概述在固态下纳米力学的若干研究内容.首先对纳米力学及其范畴进行界定,然后介绍纳米力学方法,包括属于纳观计算力学范畴的大规模分子动力学算法、连续介质/分子动力学交叠层算法、准连续介质算法和LMPM方法;及属于纳观实验力学范畴的... 概述在固态下纳米力学的若干研究内容.首先对纳米力学及其范畴进行界定,然后介绍纳米力学方法,包括属于纳观计算力学范畴的大规模分子动力学算法、连续介质/分子动力学交叠层算法、准连续介质算法和LMPM方法;及属于纳观实验力学范畴的纳米云纹法和纳米压痕法.随即阐述纳米力学的新兴研究领域:包括纳米晶体的超塑性变形、纳观断裂力学、纳米管力学和纳米压痕力学. 展开更多
关键词 纳米力学 纳观计算 纳米云纹法 纳米压痕法 超塑性变形 纳观断裂力学
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利用纳米压痕加载曲线计算硬度-压入深度关系及弹性模量 被引量:41
5
作者 谭孟曦 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第10期1020-1024,共5页
通过对纳米压痕法基本原理的分析与实验研究,证明了一般材料的接触刚度一位移(压入深度)为线性关系.该关系可从两个不同压入深度的压痕实验得到,利用该关系可从任意一条加载曲线计算出材料的硬度-位移关系及弹性模量值.实验结果表明这... 通过对纳米压痕法基本原理的分析与实验研究,证明了一般材料的接触刚度一位移(压入深度)为线性关系.该关系可从两个不同压入深度的压痕实验得到,利用该关系可从任意一条加载曲线计算出材料的硬度-位移关系及弹性模量值.实验结果表明这个计算结果是可靠的. 展开更多
关键词 纳米压痕仪 硬度 弹性模量 位移 接触刚度
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纳米压痕过程的三维有限元数值试验研究 被引量:29
6
作者 李敏 梁乃刚 +1 位作者 张泰华 王林栋 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第3期257-264,共8页
采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程,三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头.介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式,讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响,进行了计算... 采用有限元方法模拟了纳米压痕仪的加、卸载过程,三维有限元模型考虑了纳米压痕仪的标准Berkovich压头.介绍了有限元模型的几何参数、边界条件、材料特性与加载方式,讨论了摩擦、滑动机制、试件模型的大小对计算结果的影响,进行了计算绐果与标准试样实验结果的比较,证实了模拟的可靠性.在此基础上,重点研究了压头尖端曲率半径对纳米压痕实验数据的影响.对比分析了尖端曲率半径r=0与r=100nm两种压头的材料压痕载荷一位移曲线.结果表明,当压头尖端曲率半径r≠0时,基于经典的均匀连续介质力学本构理论、传统的实验手段与数据处理方法,压痕硬度值会随着压痕深度的减小而升高. 展开更多
关键词 压痕尺度效应 纳米压痕 有限元模拟 硬度 边界条件 滑动机制 材料力学 材料表面处理技术
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利用纳米压痕实验研究层理性页岩岩石力学性质——以渝东南酉阳地区下志留统龙马溪组为例 被引量:40
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作者 时贤 蒋恕 +4 位作者 卢双舫 何治亮 李东杰 汪志璇 肖佃师 《石油勘探与开发》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期155-164,共10页
采用点矩阵纳米压痕技术对渝东南酉阳地区下志留统龙马溪组页岩进行弹性模量、硬度、断裂韧性等力学参数测量,借助场发射扫描电镜和能量色散X射线荧光光谱对压痕形貌及压痕区域矿物组成进行定量分析,提出基于矿物强度分类的三组分页岩... 采用点矩阵纳米压痕技术对渝东南酉阳地区下志留统龙马溪组页岩进行弹性模量、硬度、断裂韧性等力学参数测量,借助场发射扫描电镜和能量色散X射线荧光光谱对压痕形貌及压痕区域矿物组成进行定量分析,提出基于矿物强度分类的三组分页岩微观力学模型,采用Mori-Tanaka方法实现力学参数从纳米向厘米尺度升级,并利用页岩单轴压缩实验结果进行对比分析。实验结果表明,纳米尺度下的页岩弹性模量与硬度、弹性模量与断裂韧性之间具有良好的线性关系,垂直层理方向的页岩弹性模量、硬度、断裂韧性等略小于平行层理方向;力学参数具有Weibull分布特点,硬度结果离散性最强,分析主要为页岩本身非均质性和压痕投影不确定性所导致。对比纳米压痕均值统计、尺度升级模型与宏观单轴压缩实验结果发现,纳米尺度下力学参数结果要高于尺度升级模型和单轴力学实验参数结果,证实不同尺度下的力学参数存在差异性,岩心尺寸越大,包含颗粒间孔隙和内部缺陷越多,则会导致岩石力学参数值减小。 展开更多
关键词 纳米压痕 岩石力学 龙马溪组页岩 WEIBULL分布 Mori-Tanaka模型
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LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的纳米压入研究 被引量:27
8
作者 薛文斌 邓志威 +1 位作者 陈如意 张通和 《稀有金属材料与工程》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期281-285,共5页
用纳米压入法测定了 L Y12铝合金微弧氧化陶瓷膜的硬度 H和弹性模量 E分布 ,并探讨了陶瓷氧化膜的生长机理。氧化膜的硬度和弹性模量分别为 18GPa~ 3 2 GPa,2 80 GPa~ 3 90 GPa。靠近膜 /基体界面的氧化膜硬度和弹性模量仍然相当高。 ... 用纳米压入法测定了 L Y12铝合金微弧氧化陶瓷膜的硬度 H和弹性模量 E分布 ,并探讨了陶瓷氧化膜的生长机理。氧化膜的硬度和弹性模量分别为 18GPa~ 3 2 GPa,2 80 GPa~ 3 90 GPa。靠近膜 /基体界面的氧化膜硬度和弹性模量仍然相当高。 H和 E沿膜深度的分布都存在一个极大值 ,并同膜内α- Al2 O3含量变化是一致的。其形成原因在于微弧区熔融物在膜不同部位冷却速率差异较大。 展开更多
关键词 微弧氧化 纳米压入 铝合金 弹性模量 显微硬度 陶瓷膜
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纳米压入技术表征薄膜(涂层)的力学性能 被引量:27
9
作者 李河清 蔡珣 陈秋龙 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期52-55,共4页
采用纳米压入技术测试薄膜 (涂层 )的力学性能日益受到关注。测试过程中可自动记录载荷—压深曲线 ,能够获取薄膜 (涂层 )的硬度、弹性模量、薄膜 (涂层 )自身结合强度、膜基界面结合强度、残留应力、屈服强度以及应变硬化率等力学性能... 采用纳米压入技术测试薄膜 (涂层 )的力学性能日益受到关注。测试过程中可自动记录载荷—压深曲线 ,能够获取薄膜 (涂层 )的硬度、弹性模量、薄膜 (涂层 )自身结合强度、膜基界面结合强度、残留应力、屈服强度以及应变硬化率等力学性能数据。本文扼要介绍了纳米压入技术表征薄膜 (涂层 ) 展开更多
关键词 薄膜 涂层 纳米压入 力学性能
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纳米压痕法测量Sn-Ag-Cu无铅钎料BGA焊点的力学性能参数 被引量:24
10
作者 王凤江 钱乙余 马鑫 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期775-779,共5页
对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅体钎料和Sn-4.0Ag-0.5Cu无铅钎料BGA(ball grid array)焊点进行了Berkovich 纳米压痕法实验,通过改变不同的加载速率研究了钎料的蠕变特征.钎料压痕载荷-位移曲线蠕变部分表现出了明显的加载速率相关性.基于Oliver-... 对Sn-3.0Ag-0.5Cu无铅体钎料和Sn-4.0Ag-0.5Cu无铅钎料BGA(ball grid array)焊点进行了Berkovich 纳米压痕法实验,通过改变不同的加载速率研究了钎料的蠕变特征.钎料压痕载荷-位移曲线蠕变部分表现出了明显的加载速率相关性.基于Oliver-Pharrr法确定的体钎料和BGA焊点的Young’s模量分别为9.3和20 GPa.基于压痕做功概念确定的体钎料和BGA焊点的应变速率敏感指数分别为0.1111和0.0574.钎料的力学性能有着明显的尺寸效应. 展开更多
关键词 SN-AG-CU 纳米压痕 Young’s模量 应变速率敏感指数
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纳米压痕法测量残余应力的研究现状 被引量:29
11
作者 董美伶 金国 +2 位作者 王海斗 朱丽娜 刘金娜 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期107-113,共7页
概述了纳米压痕技术测量构件残余应力方面的理论知识,回顾了纳米压痕技术的测量原理,包括硬度、接触面积、接触刚度及弹性模量的计算。将纳米压痕测试计算残余应力的模型分为两大类,并重点对以载荷-位移曲线为依据推导出的残余应力计算... 概述了纳米压痕技术测量构件残余应力方面的理论知识,回顾了纳米压痕技术的测量原理,包括硬度、接触面积、接触刚度及弹性模量的计算。将纳米压痕测试计算残余应力的模型分为两大类,并重点对以载荷-位移曲线为依据推导出的残余应力计算模型(如Suresh、Lee、Swadener等模型)的分析过程以及它们在实际应用上的优缺点进行了介绍,同时展望了纳米压痕法测量残余应力未来的发展方向。 展开更多
关键词 残余应力 纳米压痕 硬度 计算模型
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超声表面滚压加工40Cr表层的纳米力学性能 被引量:28
12
作者 刘宇 王立君 +1 位作者 王东坡 王颖 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第7期656-661,共6页
研究了超声表面滚压加工40Cr表层的力学性能.采用纳米压痕实验测定了表层的弹性模量、纳米硬度和残余应力.实验结果表明:经过超声表面滚压后,40Cr表层的弹性模量和硬度都得到显著提高,最大值均位于表面,往复加工3遍的表面弹性模量和硬... 研究了超声表面滚压加工40Cr表层的力学性能.采用纳米压痕实验测定了表层的弹性模量、纳米硬度和残余应力.实验结果表明:经过超声表面滚压后,40Cr表层的弹性模量和硬度都得到显著提高,最大值均位于表面,往复加工3遍的表面弹性模量和硬度分别为217.16,GPa和3.588,GPa,加工6遍的表面弹性模量和硬度分别为224.8,GPa和3.857,GPa;同时表层获得一定数值的残余压应力,最大值位于表面并随着加工遍数的增加而增大.对比实验结果发现往复加工次数对表层的力学性能有重要的影响. 展开更多
关键词 超声表面滚压加工 40Cr 纳米压痕 力学性能
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纳米压痕在水泥基材料中的应用与研究进展 被引量:28
13
作者 赵素晶 孙伟 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第1期164-176,共13页
材料的宏观性能往往与它的微结构特征密不可分。作为一种尖端的测试技术,纳米压痕测得的是水泥基材料微结构中各相的本质力学特性。概述了纳米压痕的基本原理以及水泥基材料的样品制备方法和试验制度的确定,重点介绍了纳米压痕在水泥基... 材料的宏观性能往往与它的微结构特征密不可分。作为一种尖端的测试技术,纳米压痕测得的是水泥基材料微结构中各相的本质力学特性。概述了纳米压痕的基本原理以及水泥基材料的样品制备方法和试验制度的确定,重点介绍了纳米压痕在水泥基材料中的研究进展,并对存在的一些问题尤其是定量分析中的问题进行了讨论。将纳米压痕和其他测试分析方法结合起来,对于分析和调控材料的宏观性能以及揭示水化硅酸钙(C–S–H)凝胶在纳米尺度的物理化学性能具有重要意义。 展开更多
关键词 纳米压痕 压痕模量和硬度 水泥基材料 多相非匀质材料 水化硅酸钙凝胶 堆积密度
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纳米压痕法测量Cu的室温蠕变速率敏感指数 被引量:22
14
作者 陈吉 汪伟 +1 位作者 卢磊 卢柯 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期1179-1183,共5页
介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数m的新方法,即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移h和材料的硬度值来计算m值.用该法分别测得单晶Cu(123)压痕蠕变的m的平均值约为0.0045;多晶Cu和纳米晶Cu晶粒尺寸为30n... 介绍一种测量室温蠕变速率敏感指数m的新方法,即通过纳米压痕仪精确测量压头的压入位移h和材料的硬度值来计算m值.用该法分别测得单晶Cu(123)压痕蠕变的m的平均值约为0.0045;多晶Cu和纳米晶Cu晶粒尺寸为30nm)的m的平均值分别为0.007和0.0094.压痕蠕变曲线与传统的单轴蠕变曲线十分相似;室温m的平均值与加载条件无关,而由材料的微观结构决定. 展开更多
关键词 纳米压痕 蠕变速率敏感指数 测量
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再生混凝土界面过渡区纳观力学性能试验研究 被引量:25
15
作者 李文贵 肖建庄 +2 位作者 黄靓 Surendra P.Shah P.Shah 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第12期31-39,共9页
对采用不同搅拌工艺的再生混凝土的宏观力学性能进行试验研究.采用纳米压痕技术和扫描电镜等设备研究了再生混凝土界面过渡区的纳观力学性能和微观结构特征.试验结果表明,采用普通搅拌工艺的新界面过渡区的弹性模量随着与老砂浆表面距... 对采用不同搅拌工艺的再生混凝土的宏观力学性能进行试验研究.采用纳米压痕技术和扫描电镜等设备研究了再生混凝土界面过渡区的纳观力学性能和微观结构特征.试验结果表明,采用普通搅拌工艺的新界面过渡区的弹性模量随着与老砂浆表面距离的增加而降低,但是采用二次搅拌工艺的弹性模量基本保持不变.老界面过渡区的弹性模量随着与天然骨料的距离增大而逐渐增加.采用二次搅拌工艺新的界面过渡区的微观结构较普通搅拌工艺的新界面过渡区更为致密,且孔隙率和氢氧化钙晶体含量较少.由再生混凝土的界面过渡区纳观力学性能和宏观抗压强度之间的关系,可知采用二次搅拌工艺可以改善界面过渡区的力学性能和微观结构,进而提高再生混凝土的宏观力学性能. 展开更多
关键词 再生混凝土 界面过渡区 纳米压痕 力学性能 微观结构
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基于原子力显微镜和分子动力学的纳米压痕技术研究 被引量:16
16
作者 霍德鸿 梁迎春 +1 位作者 程凯 董申 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期39-44,共6页
利用原子力显微镜对真空蒸发镀膜技术制得的单晶铜薄膜试件进行了纳米压痕试验。通过进行各种压痕深度下的试验,获得了压痕深度对试件力学性能的影响关系。试验得到的试件弹性模量为67.0 GPa±6.9 GPa。试件的硬度值随着压痕深度的... 利用原子力显微镜对真空蒸发镀膜技术制得的单晶铜薄膜试件进行了纳米压痕试验。通过进行各种压痕深度下的试验,获得了压痕深度对试件力学性能的影响关系。试验得到的试件弹性模量为67.0 GPa±6.9 GPa。试件的硬度值随着压痕深度的减小而不断增大,表现出强烈的尺寸效应。在原子力显微镜试验的同时,使用分子动力学仿真方法对单晶铜薄膜的纳米压痕过程进行了研究。仿真结果表明单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理不是位错在晶体中运动产生的塑性变形,而是非晶态产生的变形,从而解释了尺寸效应产生的原因。 展开更多
关键词 纳米压痕 薄膜 原子力显微镜 分子动力学 力学性能
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纳米压痕和划痕法测定氧化硅薄膜材料的力学特性 被引量:16
17
作者 张海霞 张泰华 郇勇 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期245-248,共4页
为了研究不同制备工艺对材料力学性能的影响 ,选择了热氧化、LPCVD和PECVD三种典型工艺 ,在硅片上制备 1μm氧化硅薄膜。通过纳米压痕和划痕检测可知 ,热氧化工艺制备的SiO2薄膜的硬度和模量最大 ,LPCVD制备的样品界面结合强度高于PECV... 为了研究不同制备工艺对材料力学性能的影响 ,选择了热氧化、LPCVD和PECVD三种典型工艺 ,在硅片上制备 1μm氧化硅薄膜。通过纳米压痕和划痕检测可知 ,热氧化工艺制备的SiO2薄膜的硬度和模量最大 ,LPCVD制备的样品界面结合强度高于PECVD。纳米压痕和划痕技术为此提供了丰富的近表面弹塑性变形和断裂等的信息 。 展开更多
关键词 纳米压痕 划痕法 氧化硅薄膜材料 力学特性 热氧化 MEMS材料
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Solid-state bonding between Al and Cu by vacuum hot pressing 被引量:25
18
作者 Kwang Seok LEE Yong-Nam KWON 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第2期341-346,共6页
Diffusion bonding between aluminum and copper was performed by vacuum hot pressing at temperatures between 623 and 923 K through two thermal processes: hot compression under the deformation rate of 0.2 mrrdmin for 10... Diffusion bonding between aluminum and copper was performed by vacuum hot pressing at temperatures between 623 and 923 K through two thermal processes: hot compression under the deformation rate of 0.2 mrrdmin for 10 rain at pre-set temperatures, and additional pressing at 0.2 mm/min for 20 rain during furnace cooling. After analyzing interface, the feasible diffusion bonding temperature was suggested as 823 K. The three major intermetallic layers generated during diffusion bonding process were identified as AIECu, AlCu+AlaCu4 and Al4Cu9. Furthermore, local hardness values ofAlECU, AlCu+AlaCu4 and Al4Cu9 layers average at (4.97±0.05), (6.33±0.00) and (6.06±0.18) GPa, respectively. 展开更多
关键词 vacuum hot pressing diffusion bonding Al-Cu intermetallic compound composite interface interface microstructures nanoindentation
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选区激光熔化成形多孔铝合金的显微组织及微观力学性能研究 被引量:24
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作者 钱德宇 陈长军 +2 位作者 张敏 王晓南 敬和民 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期60-67,共8页
选区激光熔化(SLM)技术是一种典型的快速成形技术,使用高能激光束熔化金属粉末,逐层堆积,直接成形复杂高性能金属零部件。为了对SLM成形多孔铝合金的性能进行研究,利用扫描电子显微镜、能量色散X射线荧光光谱、纳米压痕等测试手段分析... 选区激光熔化(SLM)技术是一种典型的快速成形技术,使用高能激光束熔化金属粉末,逐层堆积,直接成形复杂高性能金属零部件。为了对SLM成形多孔铝合金的性能进行研究,利用扫描电子显微镜、能量色散X射线荧光光谱、纳米压痕等测试手段分析了多孔铝合金的表面形貌、孔隙率、显微组织、相组成及微观力学性能。结果表明,激光功率为130 W时,孔隙率达到最大,多孔合金的显微组织细化,晶粒尺度达到纳米级别;激光功率变化对多孔铝合金的纳米硬度影响较大,但对弹性模量的影响不明显,其中α-Al相的弹性模量约为65 GPa,α-Al+Si共晶组织相的弹性模量约为85 GPa。 展开更多
关键词 激光技术 选区激光熔化 多孔铝合金 孔隙率 显微组织 纳米压痕 微观力学性能
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纳米SiO_2和CaCO_3对超高性能水泥基复合材料的影响 被引量:24
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作者 戎志丹 姜广 孙伟 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期393-398,共6页
系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳... 系统研究了双掺纳米SiO2和纳米CaCO3对超高性能水泥基复合材料力学性能的影响规律,采用水化热分析、XRD、MIP和纳米压痕等多种微观分析测试手段对其水化进程及微结构进行了研究.结果表明,双掺纳米材料可进一步提升材料的各项力学性能,纳米CaCO3的最佳掺量为3%-5%.纳米SiO2的高反应活性促进了早期水泥水化的进程,与水泥水化产物Ca(OH)2反应产生C-S-H凝胶,纳米CaCO3主要起到了填充增强和晶核的作用,二者共同作用下,使得复合材料结构更为密实,孔隙率进一步降低,孔径得到细化,超高密度C-S-H凝胶大量生成,界面区得以强化,异常均匀致密的微观结构使得复合材料在宏观上体现出优异的力学性能. 展开更多
关键词 纳米SIO2 纳米CACO3 超高性能水泥基复合材料 微结构 纳米压痕
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